RT3三軸加速度傳感器測量多種類型身體活動效度研究

戴劍松,顧忠科,徐 凱,孫 飆

DAI Jiansong,GU Zhongke,XU Kai,SUN Biao

RT3三軸加速度傳感器測量多種類型身體活動效度研究

戴劍松,顧忠科,徐 凱,孫 飆

DAI Jiansong,GU Zhongke,XU Kai,SUN Biao

目的:評價RT3三軸加速度傳感器測量20種身體活動效度水平,驗證其能耗預(yù)測模型精度,并試圖推導(dǎo)精度更高的適合中國人群的能耗預(yù)測模型。方法:運用間接熱量測定法,測試14名男性和16名女性共計20項活動能耗水平,測量項目包括:2mph步行、3mph步行、3mph 3%坡度斜坡行走、3mph 8%坡度斜坡行走、4mph快走、4mph 3%坡度斜坡快走、5mph慢跑、6mph中速跑、中速跳繩、快速跳繩、10mph騎自行車、13mph騎自行車、沿樓梯上樓、沿樓梯下樓、擦桌子、洗衣服、拖地、打乒乓球、上肢力量、下肢力量測試。結(jié)果:RT3三軸加速度傳感器三軸矢量和、垂直軸、矢狀軸、水平軸counts與實測MET的一元線性回歸方程R2分別為0.63、0.62、0.59, 0.46,表明RT3三軸counts對于活動均較為敏感,呈現(xiàn)一定程度同步變化。RT3矢量和與垂直軸counts無論是測量步行,還是測量日常生活活動,與實測MET的一元線性回歸方程的R2均一致。結(jié)論:使用三軸加速度傳感器未體現(xiàn)明顯優(yōu)于單軸加速度傳感器。RT3自身能耗預(yù)測模型不適合中國人群。RT3可以較好感應(yīng)不同速度步行運動,但仍然無法感應(yīng)坡度步行、上下樓運動,本研究推導(dǎo)的步行回歸公式及常見活動回歸公式預(yù)測能耗的準(zhǔn)確度高于國外公式,但仍然存在一定誤差。

RT3三軸加速度傳感器；身體活動；效度

身體活動在促進健康和減少慢性疾病方面的作用已經(jīng)被人們所熟知,然而如何精確的測量身體活動對于研究人員來說仍然是一個很大的挑戰(zhàn)[1]。大樣本人群研究、現(xiàn)場調(diào)查研究、臨床試驗均采用的是問卷調(diào)查、回顧式日記或訪談的形式,但這樣的主觀方法通常被認(rèn)為是不夠精確,人們傾向于高估自己的身體活動水平[2]。為了更加精確地評估身體活動與健康之間的量效關(guān)系,研究人員轉(zhuǎn)而采用客觀方法評價身體活動水平。在客觀身體活動測量技術(shù)中,加速度傳感器是其中應(yīng)用最為廣泛、最具代表性的身體活動測量方法之一。

RT3三軸加速度傳感器是國際上除Actigraph加速度傳感器以外,另外一款得到廣泛應(yīng)用的加速度傳感器[3-9],且RT3三軸加速度傳感器是國際上最早應(yīng)用三軸技術(shù)的加速度傳感器。但國外針對RT3的研究顯示結(jié)果確不完全一致,有研究指出RT3預(yù)測能耗與實際能耗的相關(guān)系數(shù)達到0.83[10],也有研究指出RT3高估或者低估了實際能耗[11]。RT3三軸加速度傳感器技術(shù)是否真正優(yōu)于單軸加速度傳感器,應(yīng)當(dāng)從增加矢狀軸、水平軸加速度測量結(jié)果后是否比只測量垂直軸加速度更具優(yōu)勢角度進行驗證。本研究采用RT3三軸加速度傳感器測試中國人群多達20種身體活動,以間接熱量測定法這一“金標(biāo)準(zhǔn)”能耗測定方法為參照,以驗證其測量身體活動效度水平和能耗預(yù)測模型精度,為其應(yīng)用中國人群提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究共計選健康成人29名,其中男性14名,女性15名。男性身高176.66±6.22厘米,體重67. 43±6.90公斤,BMI 21.63±2.20公斤/米2,女性身高160.14±3.69厘米,體重54.03±8.24公斤,BMI 21.02±2.74公斤/米2。所有受試者身體健康,測試期間無疾病發(fā)生。所有受試者簽署知情同意書。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗步驟

所有受試者完成兩大類(日常生活活動與閑暇活動),共計20種活動,分別為2mph步行、3mph步行、3mph 3%坡度斜坡行走、3mph 8%坡度斜坡行走、4mph快走、4mph 3%坡度斜坡快走、5mph慢跑、6mph中速跑、中速跳繩、快速跳繩、10mph騎自行車、13mph騎自行車、沿樓梯上樓、沿樓梯下樓、擦桌子、洗衣服、拖地、打乒乓球、上肢力量、下肢力量測試。其中步行跑步、騎自行車、擦桌子、洗衣服、拖地、打乒乓球等測試每項活動持續(xù)6分鐘,中速跳繩和快速跳繩各持續(xù)2分鐘,上樓梯與下樓梯各持續(xù)2分鐘,上肢力量練習(xí)持續(xù)10分鐘,下肢力量練習(xí)3分鐘。兩項活動之間至少讓受試者休息4分鐘,同時受試者主觀疲勞感覺至6-7之間方才進行下一項測試。

1.2.2 實驗儀器

(1)采用意大利產(chǎn)COSMED K4b2便攜式代謝測試系統(tǒng)進行測試,每次測試前,進行機器預(yù)熱和校準(zhǔn),預(yù)熱時間不少于說明書所規(guī)定的半小時,校準(zhǔn)均通過后方才進行測試。COSMED K4b2便攜式代謝測試系統(tǒng)是國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)代謝測試系統(tǒng)。

(2)RT3三軸加速度傳感器是美國產(chǎn)(7.1 cm ×5.6 cm×2.8 cm)一種小型運動傳感器,其記錄的原始值counts實際上反映的是將加速度傳感器感應(yīng)到的垂直軸、水平軸、矢狀軸上的電信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)化所得到的記錄值,同時也可記錄矢量和VM。受試者通過彈性腰帶將RT3三軸加速度傳感器固定于左髖髂前上棘與腋前線交叉處,除臺階測試設(shè)定采樣頻率為1秒外,其余測試采樣頻率為1分。

1.3 統(tǒng)計分析

采用SAS JMP 11.0軟件對K4b2所導(dǎo)出Excel數(shù)據(jù)以及RT3三軸加速度傳感器導(dǎo)出Excel數(shù)據(jù)按照測試時間進行拼接及整理。采用SAS JMP11.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

本研究在比較了加速度傳感器自身回歸公式以及本研究所推導(dǎo)的回歸公式預(yù)測MET與實測MET之間是否存在差異,也即驗證各種預(yù)測公式效度,所采用的方法是用各公式預(yù)測MET減去實測MET得到誤差值,并計算誤差值的95%置信區(qū)間,若置信區(qū)間包含0,則表示預(yù)測MET與實測MET無統(tǒng)計學(xué)差異,若置信區(qū)間大于0,則表示預(yù)測MET顯著高于實測MET,反之若置信區(qū)間小于0,則表示預(yù)測MET小于實測MET。此外,本研究在分析誤差值的基礎(chǔ)上,進一步采用誤差值的均方根誤差(root mean square error,RMSE)驗證預(yù)測公式的準(zhǔn)確度。

2 研究結(jié)果

2.1 RT3測量身體活動效度水平

結(jié)果顯示了三軸加速度傳感器RT3三個軸上及矢量和平均counts及20種身體活動相應(yīng)實測MET水平。垂直軸與矢狀軸、水平軸相關(guān)系數(shù)分別為0.91、0.79,矢狀軸與水平軸相關(guān)系數(shù)為0.85,說明RT3三軸之間相關(guān)性均較好。經(jīng)單因素方差分析,所有步行活動、中速及快速跳繩、上下樓等共計12種涉及身體質(zhì)心上下運動的活動中,垂直軸counts均高于或顯著高于其他兩軸counts,而擦桌子、慢速騎車、上肢力量、上肢力量、洗衣服、下肢力量、中速騎車等7種不涉及明顯身體質(zhì)心上下運動,而以上肢為主的活動中,垂直軸counts均低于或顯著低于其他兩軸counts,乒乓球運動作為一種綜合上肢、下肢和軀干綜合活動的運動,三軸counts組間多重比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義。說明RT3三軸加速度傳感器佩戴于腰部,能較好感應(yīng)軀干不同類型活動。但矢量和、垂直軸、水平軸counts分別在3mph、3mph3%、3mph8%三種坡度步行下,經(jīng)組間比較,差異均無統(tǒng)計學(xué)意義,僅矢狀軸counts上3mph反而顯著低于3mph8%(P=0.0495)。4mph、4mph3%坡度步行呈現(xiàn)同樣特點,說明RT3三軸加速度傳感器無法感應(yīng)坡度行走,從而導(dǎo)致顯著低估坡度步行能耗。下樓與上樓相比,其矢量和、垂直軸、矢狀軸counts均顯著高于上樓,由此導(dǎo)致上樓能耗被顯著低估。

實測MET與三軸矢量和、垂直軸、矢狀軸、水平軸之間關(guān)系如果用一元線性回歸方程表示,其R2復(fù)相關(guān)系數(shù)分別為0.63、0.62、0.59、0.46。矢量和counts及垂直軸counts復(fù)相關(guān)系數(shù)基本相同,且與矢狀軸counts、水平軸counts差別不大,三軸上各自counts及矢量和counts與實測MET均呈現(xiàn)中度相關(guān)。

本研究根據(jù)步行以及常見活動測量結(jié)果,分別建立了根據(jù)矢量和counts推算能耗的一元線性模型。步行回歸公式是根據(jù)2、3、4、5、6mph五種速度測量結(jié)果計算得來。常見活動回歸公式則是根據(jù)本研究所有總計20種活動(含5種速度下平地步行、3種坡度步行以及其余12種中國人群常見形式身體活動)測量結(jié)果計算得來。公式及公式總體效度見表1。

表1 推導(dǎo)的步行回歸公式

從表2和圖1可見,RT3自帶公式低估了除下樓以外幾乎所有活動能耗,且誤差值相對較大。RT3模型低估步行的平均誤差值為-1.82,95%置信區(qū)間為-2.01,-1.63,其低估步行能耗的幅度達到25%。低估生活活動的誤差值為-2.23,95%置信區(qū)間為-2.50,-1.96,其低估生活活動能耗的幅度達到26%。本研究步行回歸公式較準(zhǔn)確地預(yù)測了5種速度平地步行能耗,低估了3mph3%、3mph8%、4mph3%三種坡度步行能耗。由于明顯低估了坡度步行能耗,導(dǎo)致從總體而言,低估了8種步行能耗,其誤差值為-0.64,95%置信區(qū)間為-0.84,-0.44,本研究步行回歸公式低估步行能耗的總體幅度為10%。步行回歸公式還低估了12種日?；顒幽芎?其誤差值為-1.22,95%置信區(qū)間為-1.50,-0.94,本研究步行回歸公式低估日常生活活動能耗的總體幅度為9%。本研究常見活動回歸公式其測量步行的總體誤差值為0.08,95%置信區(qū)間為-0.12,0.27,其測量生活活動的總體誤差值為-0.06,95%置信區(qū)間為-0.31,0.19,本研究常見活動回歸公式低估步行和高估生活活動能耗的總體幅度分別為0%,8%,雖然常見活動回歸公式預(yù)測步行的誤差值為0,但并不代表其真正準(zhǔn)確評估步行能耗,而是由于高估慢速步行能耗和低估快速步行能耗造成的,其預(yù)測步行能耗的RMSE達到1. 48。本研究步行回歸公式和常見活動回歸公式測量身體活動的誤差小于RT3模型。RT3回歸公式無法準(zhǔn)確評估所有20種身體活動能耗水平(0/20),本研究步行回歸公式準(zhǔn)確評估了7種身體活動(該7種活動分別是2、3、5、6mph步行,中速跳繩、快速跳繩、慢速騎車),本研究常見活動回歸公式準(zhǔn)確評估了5種身體活動能耗(該5種活動分別是5mph、中速跳繩、快速跳繩、拖地、乒乓球)。

表2 RT3預(yù)測MET-K4實測MET(RT3模型與推導(dǎo)的兩個模型)

2.2 推導(dǎo)模型與RT3模型的精度比較

本研究將能耗預(yù)測公式計算得到的MET進行運動強度分級,小于3MET為低強度活動,3-6MET為中等強度活動,大于6MET為高強度活動,并與實測MET的運動強度進行比對,從而分析能耗預(yù)測公式高估或低估運動強度的情況。從圖2可見,RT3模型低估了55.51%的活動的強度,僅僅42.04%的活動正確評估了其強度。本研究步行回歸公式正確評估運動強度的比例達到55.51%,但仍有38. 37%的活動其強度被低估和6.12%的活動其強度被高估。本研究常見活動回歸公式正確評估運動強度的比例最高達到61.02%,但也有18.16%的活動其強度被低估,同時20.82%的活動強度被高估。

圖2 RT3模型及本研究兩個模型預(yù)測評估運動強度準(zhǔn)確程度

圖3顯示了以實測MET劃分不同運動強度的情況下,加速度傳感器預(yù)測運動強度的錯誤分級率,總體呈現(xiàn)隨著運動強度增加,能耗預(yù)測模型錯誤分級率逐漸增加的趨勢。本研究所推導(dǎo)的步行回歸公式和常見活動回歸公式錯誤分級率低RT3自帶模型,其中常見活動回歸公式除在低強度活動錯誤分級率達到100%,這與常見活動回歸公式截距達到3.83有關(guān),因此在低強度時,由于counts較低,導(dǎo)致高估實際能耗,但常見活動回歸公式在其中等強度及大強度活動方面,錯誤分級率最低。

圖3 RT3模型與本研究推導(dǎo)的兩個模型評估運動強度錯誤分級百分比

3 分析討論

3.1 RT3效度分析

傳統(tǒng)的只能測量垂直軸加速度的單軸加速度傳感器,其counts與能耗的相關(guān)關(guān)系普遍不佳,這其中的原因至少有以下三方面:第一、單軸加速度傳感器難以感應(yīng)上肢活動；第二、單軸加速度傳感器難以感應(yīng)坡度步行；第三、單軸加速度傳感器難以感應(yīng)上樓梯等活動。三軸加速度傳感器能否克服上述弊端從某種意義上說是決定三軸加速度傳感器優(yōu)于單軸加速度傳感器的重要依據(jù)。本研究從RT3三軸加速度傳感器垂直軸、矢狀軸、水平軸counts角度分析其是否能夠反映上肢活動、坡度步行和上下樓梯等傳統(tǒng)單軸加速度傳感器無法準(zhǔn)確記錄的活動,進而判斷其是否真正優(yōu)于單軸加速度傳感器。經(jīng)組間多重比較,3mph、3mph3%、3mph8%三種速度下垂直軸、水平軸、矢量和counts各自均無統(tǒng)計學(xué)差異,矢狀軸上也僅有3mph與3mph8%之間counts差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P= 0.0495),4mph與4mph3%之間垂直軸、矢狀軸、水平軸、矢量和counts同樣均無統(tǒng)計學(xué)意義,說明除垂直軸外,矢狀軸、水平軸及三軸矢量和同樣無法感應(yīng)坡度步行,從而導(dǎo)致坡度步行能耗被明顯低估, 3mph3%坡度低估能耗的幅度達到32%,3mph8%坡度低估能耗的幅度則達到51%,呈現(xiàn)坡度越大,誤差值越大的特點。在擦桌子、洗衣服、拖地、乒乓球、上肢力量練習(xí)等該五種較為典型的以上肢為主的活動方面,乒乓球、洗衣服、上肢力量三項活動三軸counts記錄值經(jīng)組間多重比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義,擦桌子矢狀軸counts顯著高于垂直軸counts、拖地水平軸counts顯著高于垂直軸counts,但該五項活動三軸counts均較低,說明佩戴在腰部的RT3三軸加速度傳感器無法記錄軀干運動較少、而上肢活動較多的日常生活活動。在上下樓方面,經(jīng)組間多重比較,下樓矢量和、垂直軸、矢狀軸counts均顯著高于上樓,但水平軸上下樓差異無統(tǒng)計學(xué)意義,這顯然導(dǎo)致上樓能耗會被顯著低估。在國外較少研究的騎自行車活動方面,水平軸counts顯著高于垂直軸counts,但與矢狀軸counts差異無統(tǒng)計學(xué)意義,說明對于以水平運動為主的運動形式,RT3能夠較好地感應(yīng)水平運動所產(chǎn)生的加速度。綜上所述,相比單軸加速度傳感器,RT3三軸加速度傳感器除同樣無法感應(yīng)坡度步行,佩戴在腰部的傳感器也無法感應(yīng)上肢活動和區(qū)分上下樓活動,也即三軸加速度傳感器同樣存在單軸加速度傳感器在測量身體活動方面存在的至少三大弊端。但RT3在測量自行車運動等方面可能優(yōu)于單軸加速度傳感器,因此充分利用矢狀軸、水平軸所包含的信息,根據(jù)三軸counts信息區(qū)分不同類型的活動,建立數(shù)據(jù)判別身體活動類型的方法,建立更為科學(xué)、復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型可能有助于提高三軸加速度傳感器測量身體活動的精確度。

大量研究也探討了RT3三軸加速度傳感器在測量能耗方面的精度以及是否優(yōu)于單軸加速度傳感器,其結(jié)果由于研究方法手段的不同,其結(jié)果也不一致。有研究表明三軸加速度傳感器相比單軸加速度傳感器,測量身體活動能耗的精度更高[13-16]。Rothney以代謝屋直接測熱法為參照,研究了RT3三軸加速度傳感器、Actical雙軸加速度傳感器、Actigraph單軸加速度傳感器測量多種形式身體活動的效度,結(jié)果發(fā)現(xiàn)三種傳感器均無法準(zhǔn)確預(yù)測每一種類型身體活動能耗水平,但相比而言,RT3三軸加速度傳感器預(yù)測能耗的精度高于Actical雙軸加速度傳感器和Actigraph單軸加速度傳感器。Hendelman等人則研究了Tritrac三軸加速度傳感器counts、CSA單軸加速度傳感器counts與能耗的相關(guān)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)Tritrac三軸加速度傳感器counts與能耗的相關(guān)系數(shù)大于CSA單軸加速度傳感器counts與能耗的相關(guān)系數(shù)。與之不同的是,Welk等人的研究則發(fā)現(xiàn)CSA單軸加速度傳感器預(yù)測能好的精度最高,Tritrac三軸加速度傳感器高估步行和日常生活活動能好的幅度高達101%-136%之間。Lyden等人[17]的研究也發(fā)現(xiàn)RT3顯著低估了日常生活活動能耗,高估了平地步行的能耗,但又低估了坡度步行的能耗,從低估坡度步行能耗這一角度而言, RT3三軸加速度傳感器與應(yīng)用較多的ActiGraph單軸加速度傳感器以及Actical雙軸加速度傳感器結(jié)果是一致的。產(chǎn)生各種不一致的結(jié)果其原因較為復(fù)雜,可能與佩戴位置、測試方法及數(shù)據(jù)處理等有關(guān)系。目前針對RT3測量中國人群身體活動的研究相對較少,本研究測試中國人群最常見形式身體活動類型,包括5種常見速度步行,3種常見坡度步行,上下樓梯、快慢速跳繩、快慢速騎自行車及部分類型家務(wù)活動等總計20種身體活動。從結(jié)果來看, RT3自身軟件模型低估了低估了19種身體活動能耗,同時高估了下樓能耗,也即RT3自身模型無法準(zhǔn)確評估中國人群身體活動常見形式身體活動能耗。雖然前文已經(jīng)討論了RT3無法感應(yīng)坡度行走,上下樓以及佩戴在腰部無法感應(yīng)上肢活動,這意味著RT3低估以上肢運動為主的活動能耗,坡度行走及上樓等活動是難以避免的,但RT3模型同樣顯示低估了2、3、4、5、6mph平地步行能耗,因此,RT3模型不適合直接應(yīng)用于中國人群身體活動測量。

3.2 推導(dǎo)模型效度分析

鑒于RT3自身模型均低估中國人群從步行到生活活動等常見形式身體活動的能耗水平,本研究分別推導(dǎo)了根據(jù)平地步行(2,3,4,5,6mph平地步行)counts、本研究所有20種活動counts預(yù)測能耗的一元線性回歸方程,根據(jù)步行活動所推導(dǎo)的方程確定系數(shù)達到0.87,達到高度相關(guān)；根據(jù)所有活動所推導(dǎo)的方程確定系數(shù)為0.63,達到中度相關(guān)。Hendelman[14]同樣根據(jù)自然狀態(tài)下步行和生活活動推導(dǎo)了步行回歸公式和常見活動回歸公式,兩個公式復(fù)相關(guān)系數(shù)分別為0.78、0.39,本研究回歸公式尤其是常見活動回歸公式復(fù)相關(guān)系數(shù)高于Hendelman的研究。從測量身體活動的精度來看,RT3自身模型低估所有8種步行、12種日常生活活動以及所有活動的誤差幅度均為25%,本研究步行回歸公式低估8種步行、12種日常生活活動的誤差幅度約為8%-10%,本研究常見活動回歸公式高估12種常見活動的幅度為8%,高估所有20種活動的幅度為5%,雖然常見活動回歸公式預(yù)測步行的誤差值為0,但這是由于高估慢速步行能耗和低估快速步行能耗造成的。無論是從誤差值還是從低估或高估能耗的幅度來看,本研究步行回歸公式和常見活動回歸公式均優(yōu)于RT3自身公式。本研究步行回歸公式較準(zhǔn)確地評估2、3、4、5、6mph平地步行,但低估了坡度步行及以上肢為主的運動。相比步行回歸公式,常見活動回歸公式高估了中等強度和低強度活動,這跟常見活動回歸公式截距達到3.8有關(guān),當(dāng)記錄counts較低時,通常表明活動強度較低,而截距達到3.8則導(dǎo)致能耗被高估。相比步行回歸公式,常見活動回歸公式測量8種步行、12種生活活動及所有20種活動誤差相對更低。綜上分析,步行回歸公式其復(fù)相關(guān)系數(shù)雖然達到0.87,顯示方程預(yù)測效果較好,但該方程更適用于測試步行活動本身,外推該公式將導(dǎo)致效度下降。常見活動回歸公式總計將20種各種類型身體活動納入方程推算中,其復(fù)相關(guān)系數(shù)下降為0.63,說明有其他因素導(dǎo)致測量誤差,這些因素包括RT3無法感應(yīng)上肢活動、坡度步行以及上下樓活動等。

由于根據(jù)加速度傳感器counts預(yù)測能耗往往存在較大誤差,因此,在身體活動流行病學(xué)研究中,研究人員往往并不根據(jù)counts計算能耗,而是根據(jù)counts劃分為不同活動強度,如小于3MET為低強度活動,3-6MET為中等強度活動,大于6MET為高強度活動,從而計算不同強度活動時間,其原理是將counts計算能耗的回歸公式做一倒推,這樣分析的意義在于將counts預(yù)測能耗的“點估計”轉(zhuǎn)變?yōu)閏ounts預(yù)測“運動強度”的區(qū)間估計從而減少誤差,提高預(yù)測運動強度的準(zhǔn)確性。相比根據(jù)counts評價能耗,根據(jù)counts評價不同身體活動強度及時間在身體活動流行病學(xué)研究中更得到廣泛應(yīng)用,因為通過這種計算方式評價個體是否達到身體活動指南所要求的中等強度或大強度活動的時間,但需要注意的是根據(jù)counts計算不同身體活動強度和時間仍然是用回歸公式進行倒推,回歸公式是否效度良好仍然是決定能否依據(jù)counts準(zhǔn)確評價運動強度的決定因素。圖2顯示RT3自身模型低估了將近56%的活動的強度,正確評估強度的比例僅為42%,本研究步行回歸公式低估強度的比例降低到38%,正確評估強度的比例達到將近56%,本研究常見活動回歸公式低估強度的比例最低,為18%,正確評估強度的比例最高達到61%,但常見活動回歸公式高估活動強度的比例最高,達到21%,正如前文所述,常見活動回歸公式往往高估中低強度活動。圖3則顯示,隨著活動強度增加,根據(jù)矢量和counts劃分活動強度而導(dǎo)致的錯誤分級率也在增加,這與Howe的研究不同,Howe的研究指出RT3預(yù)測能好的誤差與運動強度無關(guān)。本研究所推導(dǎo)的步行回歸公式及常見活動回歸公式錯誤分級率低于RT3自身模型,本研究所推導(dǎo)的回歸公式總體錯誤分級率為40%左右,而RT3模型錯誤分級率將近60%。有理由認(rèn)為即使不采用回歸公式預(yù)測能耗,而僅僅根據(jù)矢量和counts評價運動強度等級,仍然存在一定誤差,在采用三軸加速度傳感器測量身體活動時,應(yīng)當(dāng)慎重分析結(jié)果,因為可能存在低估運動強度等級或高估運動強度等級的情況。

4 結(jié)論

(1)RT3三軸加速度傳感器三軸矢量和、垂直軸、矢狀軸、水平軸counts與實測MET的一元線性回歸方程R2分別為0.63、0.62、0.59,0.46,表明RT3三軸counts對于活動均較為敏感,呈現(xiàn)一定程度同步變化。RT3矢量和與垂直軸counts無論是測量步行,還是測量日常生活活動,與實測MET的一元線性回歸方程的R2均一致,表明僅僅用線性回歸方程,使用矢量和預(yù)測能耗并不優(yōu)于單獨采用垂直軸counts預(yù)測能耗

(2)RT3三軸加速度傳感器可以較好感應(yīng)各種速度下平地步行,無法感應(yīng)坡度步行,上下樓,佩戴在腰部也無法測量擦桌子、洗衣服、拖地、乒乓球、上肢力量練習(xí)等以上肢為主的運動時,但可以較好感應(yīng)自行車等水平運動。RT3三軸回歸公式顯著低估了步行活動、生活活動及所有活動的實際能耗,提示RT3能耗預(yù)測模型可能不適合中國人群。

(3)如果僅采用線性回歸模型,采用RT3三軸加速度傳感器矢量counts預(yù)測MET的效度與采用其垂直軸counts預(yù)測MET的效度基本相同,也即使用三軸加速度傳感器未體現(xiàn)明顯優(yōu)于單軸加速度傳感器RT3自身能耗預(yù)測模型不適合中國人群。RT3可以較好感應(yīng)不同速度步行運動,但仍然無法感應(yīng)坡度步行、上下樓運動,本研究根據(jù)步行和所有活動分別推導(dǎo)的步行回歸公式及常見活動回歸公式預(yù)測能耗的準(zhǔn)確度高于國外公式,但仍然存在一定誤差。

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Research on Validity of RT3 Triaxial Accelerometer for Measuring Various Physical Activities

Objective:The aim of this study was to evaluate the validity of RT3 Triaxial accelerometer in the aspects of measuring different types of physical activity and verify the precision accuracy of energy expenditure prediction model in the RT3 software in order to develop more accurate energy expenditure prediction formula for Chinese.

Methods:In the method of Indirect heat measurement,14 males and 16 females completed 20 activities including 2mph walking,3mph walking,3mph 3%grade walking,3mph 8%grade walking,4mph brisk walking, 4mph 3%grade brisk walking,5mph and 6mph running,slow and quick skipping,10mph and 13mph bicycle riding,ascending stairs,descending stairs,cleaning table,washing clothes,mopping floor,playing table tennis,strength testing for upper limb and lower limb.Results:The R2between counts of vector magnitude,Vertical(V),medial–lateral(ML),anterior–posterior(AP)planes and METs were0.63、0.62、0.59,0.46, the results showed three axis could occur synchronous changes with physical activities.The R2between counts of vector magnitude counts,vertical counts and METs were almost same when measuring not only walking but also daily living activities.Conclusions:Using three-axis accelerometer is not considered much better than uniaxial acceleration sensor.RT3 itself consumption prediction model is not suitable for Chinese people.RT3 could sensitively measure flat walking,but couldn't accurately detect walking on slope,ascending and descending stairs.Regression formulas according to walking and all activities in the research and Common activities regression formula have more accuracy in predicting energy consumption than foreign formulas；however the error is still inevitable.

RT3 Triaxial Accelerometer；Physical Activity；Validity

G804.2 Document code:A Article ID:1001-9154(2015)06-0100-08

G804.2

A

1001-9154(2015)06-0100-08

(編輯 孫君志)

10.15942/j.jcsu.2015.06.018

江蘇省科技廳社會發(fā)展研究項目(BE2008688)。

戴劍松,博士,副教授,主要研究方向:身體活動與健康,E -mail:daijiansong@163.com。

南京體育學(xué)院運動健康科學(xué)系,江蘇南京210014

Department of Sport and Health Science,Nanjing Sport Institute,Nanjing Jiangsu 210014

2015-06-01